JP6184609B2 - 位置検出器の角度誤差補正装置、角度誤差補正方法、エレベータ制御装置およびエレベータシステム - Google Patents

Description

この発明は、例えばエレベータ巻上機の制御装置、車載電動機の制御装置または工作機械の電動機の制御装置等に適用され、電動機の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差を含む位置検出器の角度誤差を補正する位置検出器の角度誤差補正装置、角度誤差補正方法、エレベータ制御装置およびエレベータシステムに関するものである。

従来から、角度検出器により、レゾルバにおいて検出された信号から角度信号を検出し、レゾルバの誤差波形がレゾルバ固有の決められたｎ次成分から構成されていること、および再現性があることを利用して、角度誤差推定器により角度誤差を算出し、補正するレゾルバの角度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のレゾルバの角度検出装置では、検出された角度信号を参照して位置誤差を算出し、当該位置誤差を微分して速度誤差信号を算出し、当該速度誤差信号を例えばフーリエ変換により周波数分析して周波数成分ごとの検出誤差を算出する。また、算出した検出誤差を合成して推定角度誤差信号を生成し、角度信号補正回路により、生成した推定角度誤差信号を用いて検出された角度信号を補正している。

特開２０１２−１４５３７１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のレゾルバの角度検出装置では、速度検出器において、角度検出器で検出された角度信号からモータの回転速度が検出され、この検出速度を用いて角度誤差を推定している。ここで、検出速度を用いて角度誤差を推定する場合には、角度検出器または速度検出器の速度分解能によって、角度誤差の推定精度が決定される。そのため、速度分解能の低い角度検出器または速度検出器では、量子化誤差が生じ、角度誤差の推定精度が十分に得られないという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、角度誤差を正確に推定して補正することができる位置検出器の角度誤差補正装置および角度誤差補正方法を得ることを目的とする。

この発明に係る位置検出器の角度誤差補正装置は、電動機を制御する電動機制御装置、電動機の回転位置を検出して得られる位置検出信号を出力する位置検出器、および電動機に流れる電流を検出する電流検出器と組み合わせて用いられ、位置検出信号に含まれる、回転位置に応じて定まる周期的な角度誤差を補正する位置検出器の角度誤差補正装置であって、電動機を回転させて電流検出器で検出された検出電流を周波数解析し、特定周波数の振幅および位相を演算して、特定周波数の振幅および位相を周波数解析結果として出力する周波数解析部と、入力された入力信号に位置検出信号を加えた加算信号を電動機制御装置に出力する角度誤差補正部と、角度誤差補正部によって、角度誤差補正を行わない状態で電動機を運転させる第１制御処理と、周波数解析部によって、第１制御処理により得られた検出電流を、角度誤差に対応した周波数について周波数解析して振幅および位相を得る第２制御処理と、角度誤差補正部に既知の振幅、位相および周波数を有する試験信号の設定値を入力信号として入力し、角度誤差補正部によって、設定値に応じた試験信号を加えて電動機を運転させる第３制御処理と、周波数解析部によって、第３制御処理により得られた検出電流を、試験信号の周波数について周波数解析して振幅および位相を得る第４制御処理と、を有し、第２制御処理で得られた振幅および位相、並びに第４制御処理で得られた振幅および位相に基づいて、角度誤差の振幅および位相の推定値を推定して誤差補正部へ出力する角度誤差推定部と、を備え、角度誤差補正部は、角度誤差の振幅および位相の推定値を入力信号として、加算信号を電動機制御装置に出力するものである。

また、この発明に係る位置検出器の角度誤差補正方法は、電動機を制御する電動機制御装置、電動機の回転位置を検出して得られる位置検出信号を出力する位置検出器、および電動機に流れる電流を検出する電流検出器と組み合わせて用いられ、位置検出信号に含まれる、回転位置に応じて定まる周期的な角度誤差を補正する位置検出器の角度誤差補正装置で実行される位置検出器の角度誤差補正方法であって、電動機を回転させて電流検出器で検出された検出電流を周波数解析し、特定周波数の振幅および位相を演算して、特定周波数の振幅および位相を周波数解析結果として出力する周波数解析ステップと、入力された入力信号に位置検出信号を加えた加算信号を電動機制御装置に出力する角度誤差補正ステップと、角度誤差補正ステップにおいて、角度誤差補正を行わない状態で電動機を運転させる第１制御ステップと、周波数解析ステップにおいて、第１制御ステップにより得られた検出電流を、角度誤差に対応した周波数において周波数解析して振幅および位相を得る第２制御ステップと、既知の振幅、位相および周波数を有する試験信号の設定値を入力信号として入力し、設定値に応じた試験信号を加えて電動機を運転させる第３制御ステップと、周波数解析ステップにおいて、第３制御ステップにより得られた検出電流を、試験信号の周波数において周波数解析して振幅および位相を得る第４制御ステップと、を有し、第２制御ステップで得られた振幅および位相、並びに第４制御ステップで得られた振幅および位相に基づいて、角度誤差の振幅および位相の推定値を推定する第３制御ステップと、角度誤差補正ステップにおいて、角度誤差の振幅および位相の推定値を入力信号として、加算信号を電動機制御装置に出力する第４制御ステップと、を有するものである。

また、この発明に係るエレベータ制御装置は、エレベータの巻上機を制御する電動機制御装置と、巻上機の回転位置を検出し、回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差を含む位置検出器と、巻上機に流れる電流を検出する電流検出器と、電動機制御装置、位置検出器および電流検出器に接続される角度誤差補正装置とを備えたものである。

この発明に係る位置検出器の角度誤差補正装置および角度誤差補正方法によれば、位置検出器は、電動機電流の特定周波数成分を周波数解析し、周波数解析結果に基づいて位置検出器の周期的な誤差を推定できる。このとき、既知の振幅、位相および周波数を有する試験信号を加えて運転を行い、試験信号の周波数において周波数解析を実施する処理を複数回実施し、複数回の周波数解析によって演算された振幅および位相に基づいて、位置検出器の誤差を推定する。
そのため、角度誤差を正確に推定して補正することができる位置検出器の角度誤差補正装置および角度誤差補正方法を得ることができる。

また、この発明に係るエレベータ制御装置によれば、位置検出器は、電動機電流の特定周波数成分を周波数解析し、周波数解析結果に基づいて位置検出器の周期的な誤差を推定できる。このとき、既知の振幅、位相および周波数を有する試験信号を加えて運転を行い、試験信号の周波数において周波数解析を実施する処理を複数回実施し、複数回の周波数解析によって演算された振幅および位相に基づいて、位置検出器の誤差を推定する。
そのため、エレベータシステムにおいて、角度誤差を正確に推定して補正することができる位置検出器の角度誤差補正装置および角度誤差補正方法を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置を含む電動機の制御システムの全体構成を示すブロック図である。 図１に示した電動機の制御システムの電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置の位置検出器における電動機回転角度と周期誤差を含んだ検出角度との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置において、角度誤差補正部の出力を明示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置において、角度誤差補正部の出力から電動機電流までの伝達特性を伝達関数表現で表したブロック線図である。 この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置において、角度誤差補正部の出力から電動機電流までの伝達特性の一例を示すボード線図である。 この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置における角度誤差推定部の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る位置検出器の角度誤差補正装置における角度誤差推定部の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る位置検出器の角度誤差補正装置における角度誤差推定部の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係る位置検出器の角度誤差補正装置における角度誤差推定部の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係る位置検出器の角度誤差補正装置における角度誤差推定部による角度誤差推定値の演算処理を詳細に示すフローチャートである。 この発明の実施の形態５に係る位置検出器の角度誤差補正装置を含む電動機の制御システムの全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態６に係るエレベータ制御装置を示す構成図である。

以下、この発明に係る位置検出器の角度誤差補正装置および角度誤差補正方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置を含む電動機の制御システムの全体構成を示すブロック図である。図１において、この電動機の制御システムは、電動機制御装置１、電動機２、位置検出器３、電流検出器４および角度誤差補正装置５を備えている。

電動機制御装置１は、電動機２の回転速度や回転位置を制御する装置である。ここで、図２を参照しながら、電動機制御装置１が電動機２の回転速度を制御する場合について説明する。図２は、図１に示した電動機の制御システムの電動機制御装置の構成を示すブロック図である。

図２において、電動機制御装置１は、速度演算部１１、速度制御部１２、電流制御部１３および電力変換器１４を有している。速度演算部１１は、位置検出器３で検出された電動機２の回転位置（電動機回転位置）が、角度誤差補正装置５で補正された位置情報（電動機２の補正回転位置）または角度情報に基づいて、電動機２の回転速度を演算する。なお、速度演算部１１は、最も簡単には、位置情報または角度情報の時間微分によって回転速度を演算する。

速度制御部１２は、電動機２の回転速度が所望の速度になるように、電動機２の電流指令値（トルク指令値）を演算する。電流制御部１３は、速度制御部１２から出力された電流指令値に、電流検出器４で検出された電動機２の電流（電動機電流）が一致するように、電動機２の電圧指令値を演算する。電力変換器１４は、電動機電流を制御するために、電流制御部１３から出力された電圧指令値に基づいて、電動機２にモータ印加電圧を印加する。

ここで、速度制御部１２や電流制御部１３での制御には、一般的にＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御が用いられることが多いが、種々の制御方法を用いることができる。また、電動機２の電流制御には、一般的にベクトル制御が用いられ、電動機電流やモータ印加電圧をｄ−ｑ軸に変換し、変換後の電流、電圧に対して、前述のＰＩＤ制御等の制御方法が用いられる。

また、電動機２に電圧を印加する電力変換器１４としては、一般的にインバータが用いられる。インバータは、図示しない電源の電圧を、所望の可変電圧可変周波数の電圧に変換する。この発明では、一般的に販売されているインバータ装置のように、コンバータによって交流電圧を直流電圧に変換した後に、インバータによって直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器や、マトリクスコンバータのように、交流電圧を直接交流の可変電圧可変周波数の電圧に変換する電力変換器を含む可変電圧可変周波数の電力変換器を指す。

また、この発明の実施の形態１に係るインバータは、上述したインバータに加えて、座標変換の機能を含んでもよい。すなわち、電圧指令値がｄ−ｑ軸の電圧指令値である場合には、ｄ−ｑ軸の電圧指令値を相電圧または線間電圧に変換して、指令された電圧指令値に従った電圧に変換する座標変換機能も含むものとする。なお、インバータのデッドタイムを補正する装置または手段が設けられていても、この発明は、適用することができる。

また、電動機２の回転位置を制御する場合には、速度制御部１２の上位に位置制御部が付加される。位置制御部は、電動機２の回転位置が所望の位置になるように、速度制御部１２に入力される電動機２の速度指令値を演算する。速度制御部１２は、速度指令値を所望の速度として上述した制御を実行する。位置制御部での制御には、一般的にＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御が用いられることが多いが、種々の制御方法を用いることができる。

また、速度制御部１２を用いずに、位置制御部および電流制御部１３によって電動機制御装置を構成してもよい。この場合には、位置制御部は、電動機２の回転位置が所望の位置になるように、電動機２の電流指令値を演算する。

図１に戻って、電流検出器４は、電動機２の電流を測定する。例えば、電動機２が三相電動機である場合には、二相の相電流を測定することが多いが、三相の相電流を測定してもよい。

また、位置検出器３は、例えば光学式エンコーダや磁気式エンコーダ、レゾルバのように、電動機２の制御に必要な電動機２の回転位置を検出して、位置検出信号を出力する。また、位置検出器３は、図３に示されるように、出力される回転位置の情報には、電動機２の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差を含んでいる。

ここで、電動機２の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差とは、例えば上記特許文献１の段落００２０、００２１に記載されたレゾルバの検出誤差や、光学式エンコーダにおけるスリット不良によるパルス抜けおよびパルス間距離の不均衡のように、回転位置に応じて再現性のある誤差を指す。

以下、電動機２の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差は、位置情報を角度に変換した角度誤差θ_errとして表現する。なお、この発明は、位置検出器３が電動機２の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差を含み、かつ角度誤差θ_errの主成分次数が既知である場合に適用することができる。

位置検出器３の周期的な角度誤差θ_errは、次式（１）のように、正弦波を用いて近似的に表すことができる。なお、正弦波による表記でも余弦波による表記でも本質的な違いはないので、この発明の実施の形態１では、正弦波による表記に統一する。

ただし、式（１）において、θ_mは電動機２の機械角度を示し、Ａ₁はＮ₁次の次数における誤差振幅を示し、Ａ₂はＮ₂次の次数における誤差振幅を示し、Ａ_nはＮ_n次の次数における誤差振幅を示し、φ₁はＮ₁次の次数における電動機２の機械角度に対する位相ずれ（初期位相）を示し、φ₂はＮ₂次の次数における電動機２の機械角度に対する位相ずれを示し、φ_nはＮ_n次の次数における電動機２の機械角度に対する位相ずれを示している。

なお、式（１）のＮ₁、Ｎ₂…Ｎ_nの空間次数は、１、２…Ｎ_nのように連続した整数である必要はなく、電動機２の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差の主成分の空間次数である。ここでいう主成分とは、他の周波数の振幅に対して、その空間次数における振幅が大きなものを指す。

また、式（１）は、３つ以上の周波数成分を合成したものとして表記されているが、周期的な角度誤差θ_errの周波数成分は、１つでも２つでも、またはそれ以上の成分から構成されていてもよい。

この発明の実施の形態１において、角度誤差補正装置５は、周波数解析部５１、角度誤差推定部５２および角度誤差補正部５３を有している。角度誤差推定部５２は、周波数解析部５１で解析した電動機電流の周波数解析結果に基づいて、位置検出器３の周期的な角度誤差を式（１）の関数として推定する。

また、角度誤差補正部５３は、角度誤差推定部５２からの入力信号に、位置検出器３からの位置検出信号を加算して加算信号を生成する。具体的には、角度誤差補正部５３は、角度誤差の推定結果に基づいて、式（１）と同形式の角度誤差補正値を生成し、電動機２の回転位置情報または角度情報に加算することにより、角度誤差を補正する。

以下、角度誤差補正装置５の動作について説明する。周波数解析部５１は、電流検出器４で検出された電動機電流および位置検出器３からの出力である電動機２の回転位置情報または角度情報に基づいて、電動機電流の特定の周波数における振幅および位相のうち、少なくとも１つを演算する。

なお、図１では、周波数解析部５１が電動機２の回転位置情報または角度情報を入力とする構成となっているが、これに限定されず、電動機２の回転位置を角度誤差補正部５３で補正した位置情報または角度情報を入力としてもよい。

ここで、周波数解析部５１は、フーリエ変換、フーリエ級数解析または高速フーリエ変換のように、入力する信号の所望の周波数における振幅および位相が得られる構成が望ましいが、ノッチフィルタやバンドパスフィルタを組み合わせたフィルタのように、所望の周波数信号を抽出し、振幅検出部や位相検出部によって、入力信号の所望の振幅や位相を演算する構成であってもよい。また、ここで用いるフィルタは、抵抗やコンデンサ、コイル等を組み合わせた電気的なものであっても、計算機内で行う処理であってもよい。

また、周波数解析部５１に入力される電動機電流は、ベクトル制御で用いるような、相電流を座標変換したｄ軸電流、ｑ軸電流、γ軸電流、δ軸電流またはα軸電流、β軸電流の何れかの電流としてもよい。

なお、ここでいう所望の周波数（特定周波数）の信号とは、位置検出器３の周期的な角度誤差θ_errに起因する、角度誤差θ_errの主成分と同じ周波数の信号、または角度誤差補正部５３で発生させる試験信号の主成分と同じ周波数の信号を指す。なお、試験信号について、詳細は後述する。また、この発明の実施の形態１では、所望の周波数を空間周波数として表すが、時間周波数であっても本質的な違いはない。

ここで、空間周波数とは、特定の区間、この発明の実施の形態１においては、電動機２の１回転における周波数をいう。また、電動機２の機械角度１回転における周期的なＮ個の波の信号を、空間次数Ｎの波と呼ぶ。

位置検出器３を備えた電動機２の制御装置では、位置検出器３の誤差が電動機２の回転位置に応じた周期性を有することから、周波数解析は、空間周波数による解析が望ましく、上記式（１）でも、角度誤差θ_errが空間周波数による表現となっており、さらに図１に示された周波数解析部５１も、入力が空間周波数解析に対応した入力（電流および角度）になっている。

しかしながら、この発明の実施の形態１は、時間周波数による周波数解析にも適用することができ、時間周波数による周波数解析を行う場合には、電流および角度を入力とする代わりに、検出角度、時間計測部による計測時間および電流を入力として、周波数解析を行う。

角度誤差推定部５２は、周波数解析部５１の出力である所望の周波数成分の電流振幅値、または電流振幅値および位相値と、位置検出器３からの出力である電動機２の回転位置、または角度誤差補正部５３で補正された角度情報とを用いて、電動機２の回転位置に応じて一意に決まる周期的な角度誤差θ_errを後述する推定方法によって推定し、角度誤差推定値を角度情報または位置情報として角度誤差補正部５３に出力する。

角度誤差補正部５３は、位置検出器３からの出力である電動機２の回転位置が、角度誤差推定部５２からの出力である角度誤差推定値に基づく角度誤差補正信号を加算して、補正後の位置情報または角度情報を出力する。

この一例として、角度誤差推定値を位置検出器３の出力信号と同じ単位系で出力した場合について説明する。位置検出器３が光学式エンコーダで、その分解能が１回転あたり１０２４パルスであり、角度誤差推定部５２の推定結果が１°であった場合を考えると、角度誤差推定部５２は、１°に相当するパルス数である３パルスを位置情報として出力する。

なお、上記式（１）で示されるように、角度誤差の周波数成分が複数ある場合には、逐次各成分で角度誤差を推定して足し合わせるか、または複数の周波数成分を同時に推定すればよい。このとき、逐次各成分で角度誤差を推定する場合に比べて、同時推定の場合には、推定時間を短縮することができる。ここでは、簡単のため、角度誤差が単一の周波数成分のみからなる場合について説明する。

ここで、電動機２の回転位置に応じて一意に決まる周期的な角度誤差を含む位置検出器３によって速度フィードバック制御または位置フィードバック制御を行うと、角度誤差と同一次数の周波数成分を含む電流脈動または電流指令値（トルク指令値）の脈動が発生することが分かっている。

同様に、角度誤差補正部５３により特定の周期的な信号を発生し、位置検出器３の出力に加えて速度フィードバック制御または位置フィードバック制御を行うと、加えた信号と同じ周波数成分を含む電流脈動または電流指令値（トルク指令値）の脈動が発生することが分かっている。

このとき、周波数解析部５１によって相電流の周波数解析を行うと、電動機２が永久磁石同期電動機である場合に、相電流に現れる電流脈動は、極対数をＰ_nとし、所望の周波数の次数をＮ_nとすると、空間次数でＰ_n±Ｎ_n次の次数となる。

そのため、相電流のうち、少なくとも１相の電流を周波数解析し、Ｐ_n＋Ｎ_n次またはＰ_n−Ｎ_n次の電流から、Ｐ_n＋Ｎ_n次またはＰ_n−Ｎ_n次の角度誤差を推定すればよい。ただし、Ｐ_n−Ｎ_n次の次数については、電動機２の極対数Ｐ_nよりも所望の周波数の次数Ｎ_nが大きい場合には、負の数となって存在しない可能性があるので、そのような場合には、Ｐ_n＋Ｎ_n次の電流を周波数解析する。また、角度誤差の推定を行う際は、定トルク、定速度運転が望ましい。

また、ｄ軸電流またはｑ軸電流の何れかを周波数解析部５１によって周波数解析する場合には、所望の周波数の次数をＮ_nとすると、ｄｑ軸に現れる電流脈動成分は、Ｎ_n次と同一次数の脈動成分を持つ。また、ｄ軸電流は、所望の周波数の位置振動によって生じる磁極ずれに起因して、トルク電流であるｑ軸電流が回り込んでくるので、角度誤差に相似の電流脈動となる。さらに、ｑ軸電流は、速度脈動が速度制御系を通して電流指令値（トルク指令値）の脈動となる。そのため、ｑ軸電流は、速度脈動の原因となる角度誤差相似の電流脈動となる。

なお、ｄ軸電流またはｑ軸電流の何れかの電流検出値、または何れかの電流指令値（トルク指令値）で周波数解析を行う場合には、フィードバックされるｑ軸電流が一定の条件、すなわち一定加速度の条件で推定を行う。特に、加速度がゼロ、つまり一定速度で電動機２が回転している条件で推定を行うことが望ましい。

これら角度誤差や角度誤差補正部５３からの信号は、電動機制御装置１、電動機２、電動機２に接続される負荷の動特性によって決まる伝達特性に従って電流脈動を生じさせる。そのため、この伝達特性を求めることができれば、電流脈動を生じさせる角度誤差信号を推定することができる。つまり、求めた伝達特性と電流脈動とから、その電流脈動を生じさせる角度誤差を逆算して求めることができる。

以下、電流脈動成分の周波数解析結果から、伝達特性や周期的な角度誤差成分を推定する方法について説明する。なお、電流脈動成分の代わりに電流指令値（トルク指令値）の脈動成分について周波数解析を行ってもよいが、以下では、電流脈動成分の周波数解析を行う場合について説明する。

図４は、この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置において、角度誤差補正部の出力を明示したブロック図である。図４において、角度誤差補正部５３は、角度誤差補正信号を生成する。角度誤差補正部５３により生成される角度誤差補正信号を、位置検出器３の出力である電動機回転位置に加えて補正した電動機２の補正回転位置が、電動機制御装置１へフィードバックされる。また、電流検出器４で検出された電動機電流も、電動機制御装置１へフィードバックされる。

このとき、角度誤差補正信号から電動機電流までの伝達特性を、伝達関数表現でＧ_{err_i}（ｓ）と表すと、ブロック線図は図５のように示される。図５は、この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置において、角度誤差補正部の出力から電動機電流までの伝達特性を伝達関数表現で表したブロック線図である。

ここで、「ｓ」はラプラス演算子である。また、Ｇ_{err_i}（ｓ）は、位置検出器３の出力である電動機回転位置から電動機電流までの伝達関数とも一致する。なお、電動機２に負荷が接続されている場合は、負荷の動特性も含めてＧ_{err_i}（ｓ）で表されるものとする。

この発明では、Ｇ_{err_i}（ｓ）の、角度誤差の周波数または特定の周波数におけるゲインおよび位相を求め、求めたゲインおよび位相から角度誤差を推定する。図６にＧ_{err_i}（ｓ）の一例を示す。図６は、この発明の実施の形態１に係る位置検出器の角度誤差補正装置において、角度誤差補正部の出力から電動機電流までの伝達特性の一例を示すボード線図である。

図６において、上段はゲイン特性を示し、下段は位相特性を示している。角度誤差周波数が変化すると、角度誤差に対応する電動機電流脈動の振幅および位相は、図６のような特性に従って変化する。また、角度誤差周波数は、電動機２の回転速度に依存して変化する。つまり、回転速度に応じて角度誤差に起因する電流脈動の位相および振幅が変化する。

続いて、図７のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係る角度誤差推定部５２の処理について説明する。

まず、角度誤差推定を開始すると、角度誤差推定部５２は、電動機２の運転指令を電動機制御装置１に出力するとともに、角度誤差補正部５３に角度誤差補正信号をゼロとする指令、つまり試験信号をゼロとする指令を出力する（ステップＳ１）。この結果、角度誤差補正部５３は、角度誤差補正信号をゼロとして、角度誤差補正を行わない状態で電動機２を回転させる。

次に、角度誤差推定部５２は、周波数解析指令を周波数解析部５１に出力し、周波数解析部５１によって電動機電流が周波数解析される（ステップＳ２）。周波数解析結果は、角度誤差推定部５２に入力される。このとき、角度誤差周波数に対応した周波数において、電動機電流が周波数解析される。

これは、例えば、特定周波数に対応する電流脈動のフーリエ係数を求めることによって行われる。以下、ｑ軸電流に対して電流脈動のフーリエ係数を求める場合について説明する。角度誤差周波数に対応したｑ軸電流の電流脈動の周波数Ｍ₁［Ｈｚ］におけるフーリエ係数は、次式（２）、（３）の演算式によって求めることができる。

式（２）、（３）において、ｉｑ（ｔ）はｑ軸電流値を示し、Ｔは周波数Ｍ₁［Ｈｚ］の電流脈動周期を示している。なお、Ｔ＝１／Ｍ₁である。また、Ａ_n1、Ｂ_n1はそれぞれ余弦波、正弦波の係数を示している。

なお、式（２）、（３）は、時間積分の形式で求める場合について示しているが、電動機２の回転角度で積分する形式で求めてもよい。また、式（２）、（３）は、連続時間領域での演算式であるが、マイコン等の計算機に実装する際には、離散時間領域の式に変換して実装する。また、式（２）、（３）は、余弦波、正弦波の信号発生器、乗算器、積分器があれば演算できるため、計算機に容易に実装することができる。

また、式（２）、（３）は、信号１周期分の積分によってフーリエ係数を演算しているが、数周期分を積分して、積分値を周期数で割った値として求めてもよい。この場合は、数周期分の平均値として求めているため、電流脈動のばらつきや外乱の影響を軽減することができる。また、積分の開始時間を電動機２の回転角度の基準点（例えばゼロ度）から開始することが望ましい。これにより、電動機２の回転角度を基準としたフーリエ係数を求めることができる。

ここで、式（２）、（３）のフーリエ係数から、電流脈動成分の振幅Ａ_i1および位相φ_i1を次式（４）、（５）で求めることができる。

角度誤差推定部５２は、式（４）、（５）で求めた振幅Ａ_i1および位相φ_i1を記憶する。なお、フーリエ係数Ａ_n1、Ｂ_n1を記憶するようにして、振幅および位相は式（４）、（５）により演算で求めるようにしてもよい。

続いて、角度誤差推定部５２は、試験信号を加えて運転し（ステップＳ３）、電動機２を回転させた状態で、電動機電流を周波数解析する（ステップＳ４）。このときの電動機２の回転速度は、ステップＳ１と同じ速度で行うようにする。なお、電動機２の運転指令や試験信号の設定値は、角度誤差推定部５２から出力される。また、周波数解析結果は、角度誤差推定部５２に入力される。

ここで、試験信号は、所定の振幅、周波数および初期位相を設定した正弦波または余弦波の試験信号とし、角度誤差補正部５３により試験信号を発生して、位置検出器３の出力に加える。正弦波および余弦波は、初期位相を変えると互いに変換することができるので、以下では正弦波として説明する。また、試験信号の所定の振幅をＡ_tとし、初期位相をφ_tとする。

この発明の実施の形態１では、試験信号として、角度誤差周波数とは異なる周波数の正弦波信号を加える。例えば、試験信号を、角度誤差周波数近傍の周波数の正弦波信号とする。なお、近傍とは、例えば角度誤差周波数に対して１０％〜２０％程度大きいか、小さい周波数とし、試験信号の周波数におけるゲインおよび位相が、角度誤差周波数におけるゲインおよび位相にほぼ等しいとみなせる範囲とする。

このように、試験信号の周波数を角度誤差周波数と異なる値に設定することで、試験信号と角度誤差補正信号とが交わることがないため、周波数解析が容易となり、伝達特性の演算や角度誤差推定の演算を容易に行うことができる。

また、ステップＳ４で電動機電流の周波数解析を行う際は、ステップＳ３で加えた試験信号に対応した電流脈動周波数において周波数解析を行う。なお、ｄ軸電流やｑ軸電流の周波数解析を行う場合は、試験信号の周波数と同じ周波数となる。周波数解析は、式（２）〜（５）と同様の演算により求めるが、Ｍ₁やＴは、試験信号に対応した周波数および周期に置き換えた値となる。このとき、電流脈動のフーリエ係数から求めた電流脈動の振幅および位相をそれぞれ、Ａ_it、φ_itとする。

次に、角度誤差推定部５２は、位置検出器３の角度誤差推定値を演算する（ステップＳ５）。ステップＳ４において、試験信号の振幅Ａ_tに対し、対応する電流脈動振幅がＡ_itであったことから、電流脈動は、試験信号の振幅をＡ_it／Ａ_t倍したものであることが分かる。

ここで、角度誤差周波数と試験信号との周波数が近い場合、角度誤差によって生じる電流脈動について、角度誤差振幅に対する電流脈動振幅の倍率は、上述した倍率と同じとみなし、ステップＳ２で求めた誤差信号に関する電流脈動振幅Ａ_i1を発生させる誤差信号の振幅を求めることができる。すなわち、誤差信号の振幅をＡ₁とすると、次式（６）で求めることができる。

また、ステップＳ４において、試験信号の初期位相であるφ_tに対し、対応する電流脈動の位相がφ_itであったことから、電流脈動の位相は、試験信号の位相に対してφ_it−φ_tだけずれたものであることが分かる。

ここで、角度誤差周波数と試験信号との周波数が近い場合、角度誤差によって生じる電流脈動について、角度誤差振幅に対する電流脈動振幅の位相ずれは、試験信号の位相ずれと同じとみなし、ステップＳ２で求めた誤差信号に関する電流脈動の位相φ_i1を発生させる誤差信号の位相を求めることができる。すなわち、誤差信号の位相をφ₁とすると、次式（７）で求めることができる。

以上のように、式（６）、（７）で求めた振幅および位相を持つ正弦波を、角度誤差推定値として推定する。角度誤差推定が終了すると、角度誤差補正部５３は、角度誤差推定値から生成される角度誤差に基づいて、それを打ち消すような角度誤差補正信号を生成し、位置検出器３の出力に加えて出力する。

このように、角度誤差補正装置５により、位置検出器３の角度誤差の補正を行うことができ、角度誤差に起因する電流脈動や、電動機２のトルク脈動、速度脈動を抑制して高精度に電動機２や負荷の制御を行うことができる。

この発明の実施の形態１では、角度誤差補正を行わない場合の電流脈動の周波数解析結果と、所定の試験信号を加えて運転した場合の電流脈動の周波数解析結果とから、位置検出器３の角度誤差を推定している。これは、位置検出器３の、電動機２の回転位置から電流脈動までの伝達特性（電動機２の角度誤差から電流脈動までの伝達特性と等価）を、角度誤差に起因する電流脈動の周波数帯において求め、その伝達特性を用いて角度誤差を換算していることとなる。

例えば、図６において、角度誤差に対応する周波数がＡ点であったとすると、この発明の実施の形態１では、試験信号をＡ点近傍のＢ点で設定し、試験信号を加えた運転によって、Ｂ点における伝達特性（ゲインおよび位相）を求める。Ｂ点およびＡ点での伝達特性は等しいとみなせるため、Ｂ点の伝達特性をＡ点の伝達特性として用い、角度誤差補正を行わない運転で求めた電流脈動の振幅および位相から、角度誤差を推定している。

なお、図６において、角度誤差に対応する周波数が点Ｄであった場合には、点Ｄの近傍の点Ｃであっても、点Ｃの伝達特性と点Ｄの伝達特性とには差がある。このような場合に試験信号を点Ｃに設定し、点Ｃにおける伝達特性を求めて上述した方法で角度誤差を推定すると、推定値に誤差が生じる。そのため、以下のようにする。

まず、試験信号を点Ｄよりも周波数の小さい点Ｃに設定し、点Ｃにおける伝達特性を求める。次に、試験信号を点Ｄよりも周波数の大きな点Ｅに設定し、点Ｅにおける伝達特性を求める。続いて、点Ｃにおける伝達特性と点Ｅにおける伝達特性との平均値を、点Ｄにおける伝達特性とする。このようにして、伝達特性の平均値を求めて、角度誤差補正を行わない運転で求めた電流脈動の振幅および位相と伝達特性の平均値とから角度誤差を推定すれば、推定誤差を低減することができる。

したがって、あらかじめ伝達特性の傾向が分かっており、しかも角度誤差に対応する周波数近傍での伝達特性の変化が小さい場合については、試験信号を１パターンのみで行うようにすればよいが、伝達特性の傾向が分からない場合には、角度誤差に対応する周波数よりも大きい周波数および小さい周波数の少なくとも２通りの周波数で試験運転を行って伝達特性を求め、複数の伝達特性の平均をとる等して、誤差周波数に対応する伝達特性を求め、角度誤差を推定する方が望ましい。

なお、位置検出器３の角度誤差推定は、電動機２を含めた電動機の制御システムの据付時に行うことができる。また、電動機２に負荷が取り付いた状態でも取り付いていない状態でも、どちらの状態でも行うことができる。そのため、出荷前の調整等が不要で据付時に容易に角度誤差の補正が可能である。また、角度誤差推定は、装置の保守時や、位置検出器３の交換時に行うことができるし、装置の稼働時に定期的に行うようにしてもよい。この発明では、電動機の制御システムの伝達特性を試験信号による運転で求めるため、負荷の有無に関わらず角度誤差推定を行うことができる。

また、この発明では、角度誤差の推定にあたり、最小で２通りの周波数解析を行うだけでよい。また、周波数解析も電動機２を１回転程度回転させている間に行うことができるため、短時間で角度誤差推定を行うことができる。さらに、ステップＳ１からステップＳ５までを、電動機２を停止させずに連続的に行うことができるので、短時間で角度誤差推定を行うことができる。

また、角度誤差から電流脈動までの伝達特性を求める演算を、角度誤差に起因する電流脈動の周波数近辺においてのみ行っており、試験信号をスイープさせて全周波数で伝達特性を求めることはしていないため、短時間で角度誤差推定を行うことができる。

なお、上記式（１）で示されるように、角度誤差の周波数成分が複数ある場合には、逐次各成分で角度誤差を推定して足し合わせるか、または複数の周波数成分を同時に推定すればよい。複数の周波数成分を同時に推定する場合には、試験信号による運転を行う際に、試験信号を推定する角度誤差の周波数に合わせて同時に入力する。また、ステップＳ２やステップＳ４で行う周波数解析についても、角度誤差に起因する電流脈動成分と、試験信号に起因する電流脈動成分との全てについて周波数解析を行う。

例えば、誤差信号の周波数が１０［Ｈｚ］および３０［Ｈｚ］である場合には、ステップＳ３において、１０［Ｈｚ］近傍および３０［Ｈｚ］近傍の試験信号を同時に発生させて運転を行い、ステップＳ４において、１０［Ｈｚ］近傍および３０［Ｈｚ］近傍で設定した各試験信号の周波数に対応する電流脈動の周波数解析を行う。

また、上記実施の形態１では、ｑ軸電流の周波数解析によって角度誤差を推定する手順について説明したが、ｄ軸電流の周波数解析を用いた場合も同様の手順で角度誤差を推定することができる。また、相電流の周波数解析を用いた場合も同様の手順で角度誤差を推定することができるが、上述したように、電流脈動の周波数が異なることに注意する必要がある。

なお、上記実施の形態１では、角度誤差推定部５２でステップＳ１やステップＳ３の電動機２の運転指令を出力し、ステップＳ２やステップＳ４で周波数解析指令を出力しているが、これらの角度誤差推定の動作シーケンスを進める制御部を、角度誤差補正装置５や電動機制御装置１に別に設けてもよいし、専用の制御装置として設けてもよい。

以上のように、実施の形態１によれば、位置検出器は、電動機電流の特定周波数成分を周波数解析し、周波数解析結果に基づいて位置検出器の周期的な誤差を推定できる。このとき、角度誤差を補正せずに運転して周波数解析を行うステップと、既知の振幅、位相および周波数を有する試験信号を加えて運転を行い、試験信号の周波数において周波数解析を１種類以上の試験信号で行うステップのうち、少なくとも１つのステップを含み、ステップにおいて演算された複数の周波数解析によって演算された振幅および位相に基づいて、位置検出器の誤差を推定する。
そのため、角度誤差を正確に推定して補正することができる位置検出器の角度誤差補正装置および角度誤差補正方法を得ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２では、上記実施の形態１と比較して、角度誤差推定部５２の動作が異なる。以下、図８のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態２に係る角度誤差推定部５２の処理について説明する。

なお、図８において、図７と同じ符号を記したフローは、上記実施の形態１の動作と同じであるため、説明を省略する。この発明の実施の形態２では、試験信号を加えて試験運転を行うステップＳ１３の動作が実施の形態１とは異なる。

上記実施の形態１では、試験信号の周波数を角度誤差周波数の近傍としたため、試験運転で求めた伝達特性は、角度誤差周波数における伝達特性と厳密には一致しない。これに対して、この発明の実施の形態２では、試験運転で求める伝達特性を、角度誤差周波数における伝達特性と厳密に一致させることができるため、より精度良く角度誤差を推定することができる。また、試験信号の周波数と角度誤差の周波数とが周波数解析時に一致することがないため、周波数解析が容易となり、伝達特性の演算や角度誤差推定の演算を容易に行うことができる。なお、加えて実施の形態１と同様の効果も奏することは言うまでもない。

この発明の実施の形態２では、ステップＳ１３における試験運転での電動機速度および試験信号の周波数は、次式（８）の関係を満たすように設定される。

式（８）において、Ｖ₂は試験運転での電動機速度を示し、ｆ₂は試験信号の周波数を示し、Ｖ₁はステップＳ１における電動機速度を示し、ｆ₁は電動機２がＶ₁で回転しているときの角度誤差周波数を示している。

例えば、Ｖ₁が１０［Ｈｚ］で、対応する誤差周波数ｆ₁が４倍の４０［Ｈｚ］である場合には、Ｖ₂およびｆ₂をそれぞれ、２０［Ｈｚ］、４０［Ｈｚ］と設定することができる。また、これに関わらず、式（８）を満たす任意の電動機速度および試験信号の周波数を設定することができる。

このように、式（８）を満たす関係で試験運転での電動機速度および試験信号の周波数を決定すれば、試験信号に起因する電流脈動の周波数とステップＳ１における角度誤差に起因する電流脈動の周波数とが一致する。そのため、ステップＳ４における周波数解析によって求まる伝達特性は、ステップＳ１での運転における、角度誤差から角度誤差に起因する電流脈動までの伝達特性と一致させることができる。この結果、より精度良く角度誤差を推定することができる。

なお、式（８）の関係式を満たす複数の組み合わせで試験信号を加えた運転を複数回行い、それぞれに対して周波数解析を行い、それら複数個の周波数解析結果の平均をとって、伝達特性を求めるようにしてもよい。このようにすれば、角度誤差の推定誤差を低減することができる。

なお、上記式（１）で示されるように、角度誤差の周波数成分が複数ある場合には、逐次各成分で角度誤差を推定して足し合わせるか、または複数の周波数成分を同時に推定すればよい。複数の周波数成分を同時に推定する場合には、試験信号による運転を行う際に、試験信号を推定する角度誤差の周波数に合わせて同時に入力する。また、ステップＳ２やステップＳ４で行う周波数解析についても、角度誤差に起因する電流脈動成分全てについて周波数解析を行う。

例えば、誤差信号の周波数が１０［Ｈｚ］および３０［Ｈｚ］である場合には、ステップＳ１３において、１０［Ｈｚ］および３０［Ｈｚ］の試験信号を同時に発生させて運転を行い、ステップＳ４において、１０［Ｈｚ］および３０［Ｈｚ］について電流脈動の周波数解析を行う。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３では、上記実施の形態１と比較して、角度誤差推定部５２の動作が異なる。以下、図９のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態３に係る角度誤差推定部５２の処理について説明する。

なお、図９において、図７と同じ符号を記したフローは、上記実施の形態１の動作と同じであるため、説明を省略する。この発明の実施の形態３では、試験信号を加えて試験運転を行うステップＳ２３および角度誤差推定値を演算するステップＳ２５の動作が実施の形態１とは異なる。

この発明の実施の形態３では、試験信号を加えて試験運転を行うステップＳ２３において、試験信号の周波数を、角度誤差の周波数と同一の周波数に設定する。振幅および初期位相は、所定の値を設定する。また、ステップＳ２３の電動機速度は、ステップＳ１の電動機速度と一致させる。

次に、ステップＳ４において、試験信号の周波数、つまり角度誤差の周波数における電動機電流脈動の周波数解析を行う。このとき、電流脈動の周波数解析結果は、角度誤差と試験信号とが合成された合成信号に対して生じた電流脈動に対する周波数解析結果となっている。

続いて、ステップＳ２５では、ステップＳ２で求めた周波数解析結果とステップＳ４で求めた周波数解析結果とに基づいて、角度誤差推定を行う。このとき、上述したように、ステップＳ４で求めた周波数解析結果は、角度誤差と試験信号とが合成された合成信号に対して生じた電流脈動に対する周波数解析結果であり、角度誤差の振幅および初期位相は未知であるから、この結果から誤差周波数における伝達特性を求めることができない。

そこで、まず、ステップＳ４で求めた周波数解析結果から、角度誤差に起因する電流脈動成分と、試験信号に起因する電流脈動成分とを分離する演算を行う。これは、ステップＳ２とステップＳ４における各周波数解析結果を用いて行うことができる。

例えば、演算の一例として、ステップＳ４における周波数解析結果から、ステップＳ２における、試験信号を加えずに運転したときの周波数解析結果を減じることで分離することができる。つまり、ステップＳ４およびステップＳ２で求めたフーリエ係数の差が、試験信号に起因する電流脈動成分のフーリエ係数となる。

このようにして抽出した試験信号に起因する電流脈動成分の周波数解析結果（フーリエ係数）を用いて、上記実施の形態１で説明したように、誤差信号の周波数（試験信号の周波数と等しい）における伝達特性を求め、角度誤差を推定する。

つまり、上記実施の形態１のＡ_it、φ_itに相当する振幅および位相を、抽出した試験信号に起因する電流脈動成分のフーリエ係数を用いて求め、ステップＳ２で求めたＡ_i1、φ_i1を用いて、上記式（６）、（７）で角度誤差推定値を求める。なお式（６）、（７）におけるＡ_t、φ_tは、試験信号の振幅および初期位相であり、実施の形態１と同様に既知である。

以上のように、この発明の実施の形態３では、試験信号の周波数を角度誤差周波数と一致させた状態で運転し、対応する電流脈動成分から角度誤差を推定する。このとき、試験信号を加えた運転で求める伝達特性は、角度誤差周波数に厳密に一致させることができるため、より精度良く角度誤差を推定することができる。また、実施の形態２と比較すると、試験信号を加えない運転と試験信号を加えた運転とで電動機速度を一致させているため、運転速度の違いに起因する角度誤差の推定誤差要因を排除することができる。

また、初期位相や振幅値を変えた複数の試験信号に対して、上記の手順にて角度誤差の推定を複数回行い、それらの平均値を角度誤差推定値とするようにしてもよい。また、角度誤差の周波数成分が複数ある場合についても、容易に拡張することができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４では、上記実施の形態１と比較して、角度誤差推定部５２の動作が異なる。以下、図１０のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態４に係る角度誤差推定部５２の処理について説明する。

なお、図１０において、図７と同じ符号を記したフローは、上記実施の形態１の動作と同じであるため、説明を省略する。この発明の実施の形態４では、試験信号を加えて試験運転を行うステップＳ３１、ステップＳ３３および角度誤差推定値を演算するステップＳ３５の動作が実施の形態１とは異なる。

この発明の実施の形態４では、振幅および初期位相のうち、少なくとも何れか一方が異なる２通りの試験信号を発生させて運転を行い、試験信号に対応する電流脈動成分の周波数解析結果を用いて角度誤差を推定する。試験信号の周波数は、角度誤差周波数と同一とする。

まず、ステップＳ３１において、所定の振幅および初期位相で角度誤差周波数と同一の周波数の第１試験信号を加えて電動機２を運転する。次に、ステップＳ２では、上記実施の形態１と同等の動作を行う。

続いて、ステップＳ３３において、ステップＳ３１と同様に運転を行うが、加える試験信号の振幅および初期位相のうち、少なくとも何れか一方が、ステップＳ３１で加えた第１試験信号と異なるように第２試験信号を設定する。次に、ステップＳ４では、上記実施の形態１と同等の動作を行う。

続いて、ステップＳ３５において、これよりも前のステップで実施した２通りの試験運転での周波数解析結果を用いて、角度誤差の推定を行う。以下、図１１のフローチャートを参照しながら、図１０のステップＳ３５に示した角度誤差推定部５２による角度誤差推定値の演算処理について詳細に説明する。

なお、ステップＳ２およびステップＳ４で求めた周波数解析結果は、角度誤差と試験信号とが合成された合成信号に対して生じた電流脈動に対する周波数解析結果である。まず、この周波数解析結果から、試験信号に起因する電流脈動成分を分離する演算を行う（ステップＳ４１）。

例えば、演算の一例として、ステップＳ４における周波数解析結果から、ステップＳ２における周波数解析結果を減じることで分離することができる。つまり、ステップＳ４およびステップＳ２で求めたフーリエ係数の差が、試験信号に起因する電流脈動成分のフーリエ係数となる。

ただし、このときの試験信号は、ステップＳ２およびステップＳ４の試験信号を引き算した信号（便宜上、合成試験信号と呼ぶ）となっていることに注意する必要がある。すなわち、２つの試験信号は既知であるから、試験信号を引き算した合成試験信号についても既知であり、その振幅および初期位相は既知となる。

次に、ステップＳ４１で抽出した合成試験信号に起因する電流脈動成分と上記合成試験信号との関係から、上記実施の形態１と同様の手順で、角度誤差の周波数（合成試験信号の周波数と等しい）における伝達特性を求める（ステップＳ４２）。これにより、上記実施の形態１のＡ_it、φ_itに相当する振幅および位相を、抽出した合成試験信号および合成試験信号に起因する電流脈動成分のフーリエ係数を用いて求めることができる。

続いて、試験運転での周波数解析結果から、角度誤差に起因する電流脈動成分を抽出する（ステップＳ４３）。ここで、試験運転は、ステップＳ３１の試験運転でもステップＳ３３の試験運転でもどちらでもよい。以下では、ステップＳ３１の試験運転結果を用いた場合について説明する。

ステップＳ３１の試験運転で用いる第１試験信号は、既知であるから、ステップＳ４２で求めた伝達特性を用いて第１試験信号に起因する電流脈動の振幅および位相を求めることができる。また、ステップＳ２で求めた試験運転での電流脈動の周波数解析結果から、この第１試験信号に起因する電流脈動の振幅および位相を減じることで、角度誤差に起因する電流脈動成分を抽出する。

次に、ステップＳ４３で抽出した角度誤差に起因する電流脈動成分と、ステップＳ４２で求めた角度誤差の周波数における伝達特性から、上記実施の形態１で説明した方法と同様の方法で、角度誤差推定値を求める（ステップＳ４４）。

つまり、ステップＳ４３で抽出した角度誤差に起因する電流脈動成分から、上記実施の形態１の振幅Ａ_i1および位相φ_i1に相当する値を求める。また、ステップＳ４２で求めた、上記実施の形態１のＡ_it、φ_itに相当する振幅および位相を用いて、式（６）、（７）により、角度誤差の振幅および位相を求める。

以上のように、この発明の実施の形態４では、試験信号の周波数を角度誤差周波数と一致させた状態で運転し、対応する電流脈動成分から角度誤差を推定する。このとき、試験信号を加えた運転で求める伝達特性は、角度誤差周波数に厳密に一致させることができるため、より精度良く角度誤差を推定することができる。また、実施の形態２と比較すると、試験信号を加えた２通りの運転で電動機速度を一致させているため、運転速度の違いに起因する角度誤差の推定誤差要因を排除することができる。

また、初期位相や振幅値を変えた複数の試験信号に対して、上記の手順にて角度誤差の推定を複数回行い、それらの平均値を角度誤差推定値とするようにしてもよい。また、角度誤差の周波数成分が複数ある場合についても、容易に拡張することができる。

なお、ステップＳ４３で角度誤差に起因する電流脈動成分を抽出する代わりに、試験信号を加えない状態で電動機２を運転し、そのときの電動機電流の周波数解析により角度誤差に起因する電流脈動成分を求めてもよい。

実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５に係る位置検出器の角度誤差補正装置を含む電動機の制御システムの全体構成を示すブロック図である。図１２において、図１と同じ符号を記した要素は、上記実施の形態１で説明した動作と同じ動作を行う。

この発明の実施の形態５では、図１に示した角度誤差補正装置５に代えて、角度誤差補正装置５Ａを備えている。角度誤差補正装置５Ａは、周波数解析部５１、角度誤差推定部５２Ａ、角度誤差補正部５３および共振判定部５４Ａを有している。すなわち、図１に示した角度誤差推定部５２と動作の異なる角度誤差推定部５２Ａを有し、共振判定部５４Ａをさらに有している。

共振判定部５４Ａは、周波数解析部５１による周波数解析結果、または角度誤差推定部５２Ａによる角度誤差推定値に基づいて、位置検出器３の角度誤差周波数、または試験信号の周波数が、電動機の制御システムの共振周波数と一致しているか否かの判定を行い、判定結果を角度誤差推定部５２Ａに出力する。

電動機２を負荷に接続した場合、負荷の動特性によっては電動機の制御システムが共振点を持つ場合がある。電動機２の運転時に角度誤差の周波数や試験信号の周波数が、共振点の周波数（共振周波数）に近い場合や一致する場合には、角度誤差推定の推定精度が悪くなる場合がある。

そこで、この発明の実施の形態５では、このようなケースを回避でき、角度誤差推定が安定して高精度に行える角度誤差補正装置５Ａについて説明する。以下、共振判定部５４Ａの動作について説明する。共振判定部５４Ａは、上記実施の形態１〜４で説明した角度推定を行う前に、電動機２を運転して共振点と一致しているか否かを判定する。

ここで、電動機２の回転位置によって共振点が変わらない場合、例えば負荷が回転機等である場合には、電動機２の運転速度を変えながら運転し、電動機電流の周波数解析を行う。

また、電動機電流の周波数解析により、上記式（２）や式（３）、または上記式（４）や式（５）の値に基づいて、角度誤差の周波数が共振周波数近傍であるか否かを判定する。共振周波数付近では、電流脈動の振幅が急増または急減したり、位相が１８０度近く急激に変化したりする。

したがって、周波数解析で求めた電流脈動振幅や位相の変化量が所定値を超えていないか否かを調べ、所定値を超えている場合には、その周辺での電動機２の運転速度が共振周波数に近いと判定する。

また、角度誤差推定部５２Ａは、共振判定部５４Ａの判定結果に基づいて、電動機制御装置１に対して、共振周波数に近くならない条件で電動機２の運転を行うような運転指令を出力する。

また、角度誤差推定部５２Ａは、上記実施の形態１〜４で説明した方法で角度誤差推定を行う。この場合には、電動機２の運転速度を変更して共振周波数を避けるようにする。電動機２の運転速度を変更すると、角度誤差の周波数や試験信号の周波数が変わるため、共振周波数を回避することができる。

以上のように、この発明の実施の形態５では、共振判定部５４Ａによって角度誤差周波数や試験信号の周波数が、電動機の制御システムの共振周波数と一致するか否かを判定し、共振周波数に一致しないような条件で角度誤差推定を行うため、角度誤差推定が安定して高精度に行える。特に、負荷を取り付けた状態においても共振周波数を回避することができるため、電動機の制御システムの据付時の調整を精度良く行うことができる。

なお、上記実施の形態５では、角度誤差推定部５２Ａによって、共振周波数を避けるような電動機２の運転指令を出力した例について説明したが、電動機２の運転指令等の角度誤差推定の動作シーケンスを進める制御部を、角度誤差補正装置５や電動機制御装置１に別途設けてもよいし、専用の制御装置として設けてもよい。

実施の形態６．
図１３は、この発明の実施の形態６に係るエレベータ制御装置を示す構成図である。ここでは、この発明の実施の形態１〜５に係る位置検出器の角度誤差補正装置を含む電動機の制御システムを、エレベータに適用した場合の構成図を示している。図１３において、図１または図１２と同じ符号を記した部分は、上記実施の形態１〜５で説明した動作と同じ動作を行う。

図１３において、エレベータのかご７と釣り合い錘９とは、互いに巻上ロープ８で接続され綱車６につるべ式に吊られている。綱車６は、かご７の駆動用電動機である電動機２に連結しており、かご７は、電動機２の動力により昇降する。

ここでは、例えば巻上機の据付時に、角度誤差を推定する。具体的には、エレベータシステムにおける電動機２である巻上機を据え付けた後、綱車６にロープ８をかけていない状態、または綱車６にロープ８をかけた状態で、角度誤差を推定するための運転を行い、巻上機を回転させて角度誤差の推定を行う。

このとき、角度誤差の推定は、かご７が一定速度で走行している区間のみで行うと、安定した推定を行うことができる。また、一定速度で走行している区間を延ばすために、走行速度を、エレベータの定格速度よりも小さい速度として運転するようにしてもよい。また、推定精度を上げるために、電流脈動の振幅が大きくなるような走行速度になるようにエレベータの走行速度を変更してもよい。なお、かご７の位置には制約はなく、かご７が走行する昇降路内のどの位置においても推定することができる。

また、電流脈動の振幅を大きくして推定精度を上げるために、速度制御部や位置制御部のゲインが大きくなるように変更して運転するようにしてもよい。ＰＩＤ制御の場合は、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインが制御装置のゲインに相当する。

また、角度誤差推定結果は、巻上機の磁極位置に対応した角度誤差として、記憶媒体（例えば、不揮発性メモリ）に記録する。通常の運転時には、この記憶媒体から位置検出器３の出力に対応した角度誤差推定値を読み出し補正を行う。記憶媒体に記録する角度誤差に関する情報は、角度誤差の誤差振幅および位相ずれとして上記式（１）から演算によって角度誤差を求めるようにしてもよいし、テーブル等による巻上機の磁極位置に応じた補正角度情報または補正位置情報でもよい。この場合、位相情報及び振幅情報を記憶しておき、演算によって補正する方法が、情報が最低限となるため望ましい。

なお、エレベータでは、かご７の位置や積載重量に応じて、エレベータシステムの動特性が変化するため、図６で示した伝達特性もかご７の位置や積載重量に応じて変化する。そのため、角度誤差推定を行う際の複数回の補正信号を加えた運転は、かご位置や積載重量が同等か同等に近い条件で行うことが望ましい。

また、エレベータでは、昇降長さや定格積載量等の仕様が変わるとエレベータシステムの動特性が変化するが、この発明では、電動機の制御システムの伝達特性を試験信号による運転で求めるため、エレベータの仕様に関わらず角度誤差推定を行うことができる。もちろん、エレベータに限らず、電動機の負荷の特性が時々刻々変化するようなシステムにおいても、この発明を用いることで角度誤差推定を行うことができる。

また、この発明では、角度誤差の推定にあたり、最小で２通りの周波数解析を行うだけでよく、短時間で角度誤差を推定することが可能である。また、推定を開始すると、電動機２を停止させずに連続的に推定を行うことができるので、短時間で角度誤差推定を行うことができる。よって、例えば、エレベータを据え付けた後の試験運転中に短時間で角度誤差推定が可能なため、角度誤差のための時間を確保する必要がなく、据付時の調整時間を短縮することができる。

次に、かご７の位置を変えながら推定する場合について説明する。例えば、据付時にかご７を最下階から最上階や、最上階から最下階に運転させながら推定する場合には、以下の手順で推定を行うことにより、精度よく角度誤差の推定ができる。

エレベータでは、かご７とロープ８との間や釣り合い錘９とロープ８との間に、ロープ８の弾性特性に起因する共振点が存在する。また、共振点は、かご７の位置やかごの積載質量に応じて変化する。そのため、位置検出器３の周期的な角度誤差の周期や、角度推定を行う際の試験信号の周波数が、これらの共振周波数と一致する場合がある。ここで、角度誤差の周波数や試験信号の周波数がエレベータの共振周波数と一致すると、周波数解析に用いる電流値の振幅と位相とが急変化し、周波数解析結果が安定しないため、角度誤差の推定精度が悪化してしまう。

そこで、角度誤差推定を行う前に、エレベータのかご７を最下階から最上階または最上階から最下階まで運転させ、角度誤差に対応した周波数において、電動機電流の周波数解析を行う。このとき、角度誤差の周波数が共振周波数近傍である場合には、対応する電流脈動の振幅が急増または急減したり、位相が１８０度近く急激に変化したりする。

したがって、周波数解析で求めた電流脈動振幅や位相の変化量が所定値を超えていないか否かを調べ、所定値を超えている場合には、その周辺で共振周波数に近いと判定する。また、この判定結果に基づいて、共振周波数に近いと判定される位置とは異なる位置で角度誤差の推定を行うようにする。なお、角度誤差推定時の運転速度を変更して共振周波数近傍とならないようにしてもよい。また、エレベータに限らず、電動機２の回転位置によって共振周波数が変わる場合に上記方法を適用することができる。

例えば、エレベータの据付時において角度誤差の推定を実施するときには、次のようにすればよい。まず、エレベータのかご７を最下階から最上階または最上階から最下階まで運転させ、角度誤差に対応した周波数において、電動機電流の周波数解析を行い、電流脈動振幅および位相の変化量を計算する。

このとき、電流脈動振幅および位相の変化量とともにかご位置を記憶しておく。続いて、最下階から最上階または最上階から最下階までの運転が終わると、電流脈動の振幅および位相の変化量が所定値を超えていないか否かを調べ、所定値を超えていない位置を抽出する。次に、電流脈動の振幅および位相の変化量が所定値を超えていない位置へ移動し、角度誤差推定を実施する。

電流脈動の振幅および位相の変化量が所定値を超えていないか否かを調べる運転が、最下階から最上階への運転であった場合には、角度誤差を推定する運転は、反対の最上階から最下階への運転で実施すると、一度の往復運転で角度誤差を推定できるため、角度誤差に係る時間を短縮することができる。

一方、電流脈動の振幅および位相の変化量が所定値を超えていないか否かを調べる運転が、最上階から最下階への運転であった場合には、角度誤差を推定する運転は、反対の最下階から最上階への運転で実施すればよい。このような推定方法により、共振による推定精度の悪化を避けて角度誤差を推定できるため、角度誤差の補正を正確に行うことができる。また、一度の往復運転により角度誤差を正確に推定できるため、据付時の調整時間の短縮にもなる。

なお、エレベータの全体の機器のレイアウトおよびローピング方式等は、図１３の例に限定されるものではない。例えば、この発明は、２：１ローピングのエレベータにも適用することができる。また、例えば電動機２からなる巻上機の位置も図１３の例に限定されない。また、この発明は、例えば機械室レスエレベータ、ダブルデッキエレベータ、ワンシャフトマルチカー方式のエレベータ、または斜行エレベータ等、種々のタイプのエレベータに適用することができる。

Claims (18)

1. 電動機を制御する電動機制御装置、前記電動機の回転位置を検出して得られる位置検出信号を出力する位置検出器、および前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と組み合わせて用いられ、前記位置検出信号に含まれる、前記回転位置に応じて定まる周期的な角度誤差を補正する位置検出器の角度誤差補正装置であって、
   前記電動機を回転させて前記電流検出器で検出された検出電流を周波数解析し、特定周波数の振幅および位相を演算して、前記特定周波数の振幅および位相を周波数解析結果として出力する周波数解析部と、
   入力された入力信号に前記位置検出信号を加えた加算信号を前記電動機制御装置に出力する角度誤差補正部と、
   前記角度誤差補正部によって、角度誤差補正を行わない状態で前記電動機を運転させる第１制御処理と、
   前記周波数解析部によって、前記第１制御処理により得られた前記検出電流を、前記角度誤差に対応した周波数について周波数解析して振幅および位相を得る第２制御処理と、
   前記角度誤差補正部に既知の振幅、位相および周波数を有する試験信号の設定値を前記入力信号として入力し、前記角度誤差補正部によって、前記設定値に応じた試験信号を加えて前記電動機を運転させる第３制御処理と、
   前記周波数解析部によって、前記第３制御処理により得られた前記検出電流を、前記試験信号の周波数について周波数解析して振幅および位相を得る第４制御処理と、を有し、
   前記第２制御処理で得られた振幅および位相、並びに前記第４制御処理で得られた振幅および位相に基づいて、前記角度誤差の振幅および位相の推定値を推定して前記角度誤差補正部へ出力する角度誤差推定部と、を備え、
   前記角度誤差補正部は、前記角度誤差の振幅および位相の推定値を前記入力信号として、前記加算信号を前記電動機制御装置に出力する
   位置検出器の角度誤差補正装置。
2. 前記角度誤差推定部は、前記電動機の回転位置から電動機電流までの前記角度誤差に対応した特定周波数における伝達特性を演算し、前記伝達特性に基づいて前記角度誤差の振幅および位相の推定値を推定する
   請求項１に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
3. 前記伝達特性は、前記電動機の回転位置から電動機電流までのゲインおよび位相である
   請求項２に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
4. 前記試験信号の周波数は、前記位置検出器の角度誤差に対応した特定周波数とは異なる周波数である
   請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
5. 前記第１制御処理および前記第３制御処理での電動機速度は、互いに異なり、
   前記試験信号の周波数は、前記角度誤差に対応した特定周波数と等しくされている
   請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
6. 前記試験信号の周波数は、前記位置検出器の角度誤差に対応した特定周波数に設定され、
   前記角度誤差推定部は、複数の周波数解析から、角度誤差に起因する電流脈動成分と、試験信号に起因する電流脈動成分を分離する演算を行い、
   前記角度誤差に起因する電流脈動成分と前記伝達特性とに基づいて、前記角度誤差を推定する
   請求項２または請求項３に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
7. 前記角度誤差推定部は、前記電動機制御装置、前記位置検出器、前記電流検出器、および前記角度誤差補正装置から構成される電動機の制御システムの据付調整時に、前記角度誤差の推定を行う
   請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
8. 前記角度誤差に対応した特定周波数が、前記電動機制御装置、前記位置検出器、前記電流検出器、および前記角度誤差補正装置から構成される電動機の制御システムの共振周波数と一致するか否かを判定する共振判定部をさらに有し、
   前記角度誤差推定部は、前記共振判定部で前記角度誤差に対応した特定周波数が電動機の制御システムの共振周波数と一致すると判定された場合には、前記電動機の回転速度または回転位置を変更して前記角度誤差の推定を行う
   請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
9. 前記共振判定部は、角度誤差に対応した特定周波数成分の電動機の電流脈動の振幅の変化量と位相の変化量のうち少なくとも１つが所定値を超える場合に共振であると判定する
   請求項８に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
10. 前記角度誤差推定部は、
    前記第２制御処理により得られた振幅である第１振幅と、
    前記第４制御処理により得られた振幅である第２振幅および前記試験信号の振幅と、を用いて、
    前記第１振幅と前記第２振幅との比に前記試験信号の振幅の乗じることで前記角度誤差の振幅を推定する
    請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
11. 前記角度誤差補正部は、
    振幅、位相および周波数が同じ前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
    前記角度誤差推定部は、
    前記角度誤差の振幅の推定を複数回行い、
    複数回の前記角度誤差の振幅の推定値の平均値を前記角度誤差の振幅の推定値とする
    請求項１０に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
12. 前記角度誤差補正部は、
    振幅、位相および周波数が異なる前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
    前記角度誤差推定部は、
    前記角度誤差の振幅の推定を複数回行い、
    複数回の前記角度誤差の振幅の推定値の平均値を前記角度誤差の振幅の推定値とする
    請求項１０に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
13. 前記角度誤差推定部は、
    前記第２制御処理により得られた位相である第１位相と、
    前記第４制御処理により得られた位相と前記試験信号の位相との差分である第２位相と、を用いて、
    前記第１位相と前記第２位相の差分により前記角度誤差の位相を推定する
    請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
14. 前記角度誤差補正部は、
    振幅、位相および周波数が同じ前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
    前記角度誤差推定部は、
    前記角度誤差の位相の推定を複数回行い、
    複数回の前記角度誤差の位相の推定値の平均値を前記角度誤差の位相の推定値とする
    請求項１３に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
15. 前記角度誤差補正部は、
    振幅、位相および周波数が異なる前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
    前記角度誤差推定部は、
    前記角度誤差の位相の推定を複数回行い、
    複数回の前記角度誤差の位相の推定値の平均値を前記角度誤差の位相の推定値とする
    請求項１３に記載の位置検出器の角度誤差補正装置。
16. 電動機を制御する電動機制御装置、前記電動機の回転位置を検出して得られる位置検出信号を出力する位置検出器、および前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と組み合わせて用いられ、前記位置検出信号に含まれる、前記回転位置に応じて定まる周期的な角度誤差を補正する位置検出器の角度誤差補正装置で実行される位置検出器の角度誤差補正方法であって、
    前記電動機を回転させて前記電流検出器で検出された検出電流を周波数解析し、特定周波数の振幅および位相を演算して、前記特定周波数の振幅および位相を周波数解析結果として出力する周波数解析ステップと、
    入力された入力信号に前記位置検出信号を加えた加算信号を前記電動機制御装置に出力する角度誤差補正ステップと、
    前記角度誤差補正ステップにおいて、角度誤差補正を行わない状態で前記電動機を運転させる第１制御ステップと、
    前記周波数解析ステップにおいて、前記第１制御ステップにより得られた前記検出電流を、前記角度誤差に対応した周波数において周波数解析して振幅および位相を得る第２制御ステップと、
    既知の振幅、位相および周波数を有する試験信号の設定値を前記入力信号として入力し、前記設定値に応じた試験信号を加えて前記電動機を運転させる第３制御ステップと、
    前記周波数解析ステップにおいて、前記第３制御ステップにより得られた前記検出電流を、前記試験信号の周波数において周波数解析して振幅および位相を得る第４制御ステップと、を有し、
    前記第２制御ステップで得られた振幅および位相、並びに前記第４制御ステップで得られた振幅および位相に基づいて、前記角度誤差の振幅および位相の推定値を推定する第５制御ステップと、
    前記角度誤差補正ステップにおいて、前記角度誤差の振幅および位相の推定値を前記入力信号として、前記加算信号を前記電動機制御装置に出力する第６制御ステップと、
    を有する位置検出器の角度誤差補正方法。
17. エレベータの巻上機を制御する電動機制御装置と、
    前記巻上機の回転位置を検出し、前記回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差を含む位置検出器と、
    前記巻上機に流れる電流を検出する電流検出器と、
    前記電動機制御装置、前記位置検出器および前記電流検出器に接続される請求項１に記載の角度誤差補正装置と、
    を備えたエレベータ制御装置。
18. かごと、
    前記かごを昇降させる巻上機とを備えたエレベータシステムであって、
    請求項１７に記載のエレベータ制御装置によって前記巻上機を制御する
    エレベータシステム。

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